DE3925181A1

DE3925181A1 - Engine crankshaft with counterweight - has reduced increase in moment of inertia through circumferential uncoupling of counterweight

Info

Publication number: DE3925181A1
Application number: DE3925181A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Pundt; Siegfried Dr Ing Bruedgam
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-08-20
Filing date: 1989-07-29
Publication date: 1990-02-22

Abstract

The crankshaft has at least one counterweight mounted on the actual shaft to compensate for mass forces of the first order. At least part of the counterweight is held movable to a restricted amount and this holder contains at least one intermediate layer (6) of material which is substantially uncoupled in the circumferential direction of the shaft (1) and extends in an arc round the axis (3) of the shaft (1). The holder is substantially rigid in the radial directions relative to the axis of the shaft. The intermediate layer is pref. an elastomer layer. USE/ADVANTAGE - any increase in its moment of inertia is heavily reduced by the counter weight. In the radial direction there is consciously no uncoupling between the counterweight and actual shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ins besondere ist dabei an eine Kurbelwelle für eine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs dienende Brennkraftmaschine gedacht.The invention relates to a shaft according to the preamble of claim 1. Ins Special is a crankshaft for driving a motor vehicle serving internal combustion engine thought.

Ein Nachteil derartiger bezüglich der Achse der Welle also unsymmetrischer Gegenge wichte ist darin zu sehen, daß sie das Massenträgheitsmoment der eigentlichen Welle erhöhen und dadurch die Torsionseigenfrequenz der Welle so weit verringern können, daß die Eigenfrequenz in den Bereich der Betriebsfrequenz der Welle gerät.A disadvantage of such counterparts that are asymmetrical with respect to the axis of the shaft Weights can be seen in the fact that it is the moment of inertia of the actual shaft increase and thereby reduce the natural torsional frequency of the shaft so far that the natural frequency comes into the range of the operating frequency of the shaft.

Zur Unterdrückung der Torsionsschwingungen, die durch periodisch wechselnde Kräfte an umlaufenden Wellen erzeugt werden, ist aus der DE-PS 6 98 877 eine Unterteilung der Gegengewichte in der Weise bekannt, daß an einem wellenfesten Teil des jeweili gen Gegengewichts scheibenförmige Teile gleichsam pendelnd aufgehängt sind, wobei zwischen den Bestandteilen des Gegengewichts durch Federdruck Reibverbindungen erzeugt werden. Die Achse für die Pendelbewegungen liegt dabei ebenfalls exzentrisch zur Achse der eigentlichen Welle. Diese Konstruktion bewirkt jedoch lediglich eine gewisse, von den Verhältnissen an den Reibflächen abhängige Umsetzung von Schwin gungsenergie in Wärme, ohne grundsätzlich an der unerwünschten Verlagerung der Torsionsresonanzfrequenz etwas zu ändern.To suppress torsional vibrations caused by periodically changing forces are generated on rotating shafts, is a subdivision from DE-PS 6 98 877 the counterweights known in such a way that on a shaft-fixed part of the respective disc-shaped parts are suspended, as it were, against the counterweight, whereby between the components of the counterweight by spring pressure friction connections be generated. The axis for the pendulum movements is also eccentric to the axis of the actual shaft. However, this construction does only one certain implementation of Schwin depending on the conditions on the friction surfaces energy in heat, without fundamentally on the undesirable shift of the Torsional resonance frequency to change something.

Aus der deutschen Patentanmeldung D 12 297 ist eine Kurbelwelle bekannt, die mit einem Gegenschwungrad versehen ist; dieses trägt einen Schwingungsdämpfer mit einer sich über den gesamten Umfang des Gegenschwungrads erstreckenden Masse, die unter Reibung oder elastisch mit der eigentlichen Kurbelwelle gekuppelt ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein Gegengewicht zum Ausgleich von Massenkräften erster Ordnung, sondern um einen reinen Drehschwingungsdämpfer.From the German patent application D 12 297 a crankshaft is known, which with is provided with a counter flywheel; this carries a vibration damper with a mass extending over the entire circumference of the counter flywheel, the under Friction or elastically coupled to the actual crankshaft. This is about however, it is not a counterweight to balance mass forces first Order, but a pure torsional vibration damper.

Schließlich ist aus der DE-OS 19 31 444 eine Kolbenmaschine mit einer Einrichtung zum Massenausgleich bekannt, die auf der Kurbelwelle ein Zahnrad enthält, das in Eingriff mit gegensinnig rotierenden, ortsfest angeordneten unwuchtigen Massen steht. Dieses Zahnrad enthält einen über Gummielemente mit der Kurbelwelle verbundenen Zahnkranz. Die elastische Zwischenschicht dient dabei zum Abbau von Belastungsspit zen im Zahntrieb. Da die unwuchtigen Massen ortsfest angeordnet sind, also ein an der eigentlichen Welle gehaltenes unsymmetrisches Gegengewicht fehlt, handelt es sich auch hierbei nicht um eine Anordnung zum Ausgleich von Massenkräften erster Ordnung.Finally, from DE-OS 19 31 444 a piston machine with a device known for mass balance, which contains a gear on the crankshaft that in Intervention with counter-rotating, stationary, unbalanced masses. This gear contains one connected to the crankshaft via rubber elements Sprocket. The elastic intermediate layer serves to reduce stress spit zen in the pinion. Since the unbalanced masses are arranged in a fixed position, i.e. one at a time there is no asymmetrical counterweight held on the actual shaft, so it is not an arrangement for balancing first order mass forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 mit einfachen Mitteln so auszubilden, daß die Erhöhung ihres Trägheits moments durch das Gegengewicht zumindest stark verringert ist.The invention has for its object a shaft according to the preamble of Pa Tent Claims 1 with simple means so that the increase in their inertia moments is at least greatly reduced by the counterweight.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Un teransprüche.The solution to this problem according to the invention consists in the characteristic features len of the main claim, advantageous embodiments of the invention describe the Un claims.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß das zumindest eine Gegen gewicht bzw. ein wesentlicher Teil desselben nur in Umfangsrichtung von der eigentli chen Welle, beispielsweise einer Kurbelwelle, entkoppelt wird, so daß durch das Gegen gewicht das Massenträgheitsmoment der Anordnung allenfalls wenig vergrößert wird, während in radialen Richtungen eine derartige Entkopplung zwischen Gegengewicht und eigentlicher Welle bewußt vermieden ist. Damit liegt also in der gewünschten Wirkungs richtung des Gegengewichts nach wie vor eine feste oder praktisch starre Kopplung vor, während eine zur Verringerung der Torsionseigenfrequenz der Welle führende Kopp lung in Umfangsrichtung praktisch vermieden ist. Außerdem ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch geeignete Wahl der Parameter-Elastizität und Dämpfungseigenschaften der Halterung in Umfangsrichtung, Masse und Trägheitsmoment des "abgekoppelten" Teils des Gegengewichts - die Lage der Torsionseigenfrequenz zu optimieren.The measures according to the invention ensure that the at least one counterweight or a substantial part of the same is only decoupled in the circumferential direction from the actual shaft, for example a crankshaft, so that the mass moment of inertia of the arrangement is only slightly increased by the counterweight, while such a decoupling between counterweight and actual shaft is deliberately avoided in radial directions. So that there is still a fixed or practically rigid coupling in the desired direction of action of the counterweight, while a coupling to reduce the torsional natural frequency of the shaft in the circumferential direction is practically avoided. It is also possible in an advantageous manner through a suitable choice of the parameters of elasticity and damping characteristics of the mount in the circumferential direction, mass and moment of inertia of the "uncoupled" part of the counterweight - to optimize the position of the torsion.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: The following are several embodiments of the invention with reference to the drawing explained. Show it:

Fig. 1 in einem Querschnitt einen zur Befestigung eines Gegenge wichts eingerichteten Bereich einer Kurbelwelle, Fig. 1 in a cross-section a for fixing a Gegenge Klobuk arranged range of a crankshaft,

Fig. 2 eine Stirnansicht des dafür vorgesehenen Gegengewichts, Fig. 2 is an end view of the appropriate counterweight,

Fig. 3 den in Fig. 2 bei III-III angedeuteten Längsschnitt, Fig. 3 shows the III-III in Fig. 2 indicated in longitudinal section,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit anderer Konstruktion für die Halterung des Gegengewichts, Fig. 4 shows a cross section through a crankshaft having a different structure for the mount of the counterweight,

Fig. 5 im Querschnitt und Fig. 5 in cross section and

Fig. 6 in dem in Fig. 5 bei VI-VI angedeuteten Längsschnitt eine andere Ausführungsform, Fig. 6 in which in Fig. 5, indicated at VI-VI longitudinal section of another embodiment,

Fig. 7 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Halterungselementen zur Sicherstellung einer Richtungs selektivität der Bewegungsmöglichkeit des Gegengewichts sowie Fig. 7 in cross section an embodiment with additional support elements to ensure directional selectivity of the possibility of movement of the counterweight and

Fig. 8 im Querschnitt sowie Fig. 8 in cross section and

Fig. 9 in dem in Fig. 8 bei IX-IX angedeuteten Längsschnitt eine Ausführung der Erfindung, bei der als entkoppelnde Zwischenschicht eine viskose Flüssigkeit Einsatz findet. Fig. 9 in the direction indicated in Fig. 8 at IX-IX longitudinal section of an embodiment of the invention, as a decoupling intermediate layer is a viscous liquid at the use.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 bis 3, so erkennt man bei 1 die Kurbelwelle üblichen und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus. Sie trägt die Profilschiene 2, die gleichsam auf einem Kreisbogen um die Wellenachse 3 verläuft, sich aber nur über einen Teil des Umfangs erstreckt. Diese Profilschiene 2 besitzt den senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 relativ schmalen Steg 4 und daran den in dieser Rich tung erheblich breiteren Kopf 5. Auf beiden Seiten des Schienenkopfes tung erheblich breiteren Kopf 5. Auf beiden Seiten des Schienenkopfes 5 erkennt man die Elastomerschicht 6.If one looks first at FIGS. 1 to 3, one recognizes at 1 the crankshaft construction which is customary and therefore not to be described. It carries the profile rail 2 , which runs as it were on an arc around the shaft axis 3 , but extends only over part of the circumference. This rail 2 has the perpendicular to the plane of FIG. 1 relatively narrow web 4 and there in this Rich direction significantly wider head 5th Head considerably wider on both sides of the rail head 5 . The elastomer layer 6 can be seen on both sides of the rail head 5 .

Diese Profilschiene dient zur Halterung des in Fig. 2 dargestellten Gegengewichts 7, das infolge der Zwischenschicht 6 auch als Tilger- oder Dämpfermasse bezeichnet wer den kann. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Gegengewicht 7 an seiner der Wellenachse 3 zuge kehrten Seite mit der ein Gegenprofil für die Profilschiene 2 bildenden Profilausneh mung 8 versehen. Das Gegengewicht 7 wird also durch Bewegung in Umfangsrichtung bezüglich der Wellenachse 3 auf die Profilschiene 2 aufgezogen; dann wird die Zwi schenschicht 6 beispielsweise durch Vulkanisieren mit den einander zugekehrten Ober flächen von Profilschiene 2 und Ausnehmung 8 verbunden.This profile rail is used to hold the counterweight 7 shown in Fig. 2, which due to the intermediate layer 6 also referred to as an absorber or damper mass who can. As shown in Fig. 3, the counterweight 7 is provided on its side facing the shaft axis 3 with the 8 forming a counter profile for the profile rail 2 Profilausneh. The counterweight 7 is thus pulled onto the profile rail 2 by movement in the circumferential direction with respect to the shaft axis 3 ; then the inter mediate layer 6 is connected, for example by vulcanization, to the mutually facing upper surfaces of profile rail 2 and recess 8 .

In Fig. 4 sind sowohl die eigentliche Welle 10 als auch das Gegengewicht 11 mit sich längs Kreisbögen um die Wellenachse 12 erstreckenden stegartigen Fortsätzen 13 und 14 versehen, die sich in radialen Richtungen paarweise unter Zwischenlage der aus einem Elastomer bestehenden Zwischenschicht 15 hintergreifen. Dabei sind die Fortsätze 14 am Gegengewicht 11 über den Verbindungsbereich 16 gehalten, des sen in Fig. 4 nach links und rechts weisende Wände zusammen mit den Enden der Fortsätze 13 Anschläge in Umfangsrichtung bilden.In Fig. 4, both the actual shaft 10 are provided as well as the counterweight 11 extending with longitudinally circular arcs about the shaft axis 12 ridge-like projections 13 and 14 which in pairs engage in radial directions with interposition of the group consisting of an elastomeric intermediate layer 15. The extensions 14 are held on the counterweight 11 via the connecting area 16 , the sen in Fig. 4 to the left and right-facing walls together with the ends of the extensions 13 form stops in the circumferential direction.

In dem Ausführungbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist an der eigentlichen Welle 20, deren Achse mit 21 bezeichnet ist, die unter Verwendung des zusätzlichen Teils 22 gebildete kreisbogenförmige Aufnahme 23 für das Gegengewichtteil 24 vorgesehen; wiederum erkennt man zwischen den Umfangsflächen der zu verbindenden Teile aus Elastomer gefertigte Zwischenschichten 25 und 26.In the exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6, the actual shaft 20 , the axis of which is designated by 21 , is provided with the circular-arc-shaped receptacle 23 for the counterweight part 24 using the additional part 22 ; again one can see intermediate layers 25 and 26 made of elastomer between the peripheral surfaces of the parts to be connected.

Auch in dem Ausführungbeispiel nach Fig. 7 ist zwischen der eigentlichen Welle 30 und dem Gegengewicht 31 eine Zwischenschicht 32 aus einem Elastomer vorgesehen. Die Halterung für das Gegengewicht 31 enthält zusätzlich die beiden Blattfedern 33 und 34, die mit den Teilen 30 und 31 verschraubt sind. Wie Fig. 7 deutlich erkennen läßt, greifen die Blattfedern 33 an den in Umfangsrichtung weisenden Flächen des Gegengewichts 31 an. Sie können nur in der Zeichenebene der Fig. 7 federn, so daß sie im wesentlichen nur Bewegungen des Gegengewichts 31 in Umfangsrichtung um die Wellenachse 35 zulassen, dagegen radiale Bewegungen des Gegengewichts 31 weitgehend unterbinden.In the exemplary embodiment according to FIG. 7, an intermediate layer 32 made of an elastomer is provided between the actual shaft 30 and the counterweight 31 . The holder for the counterweight 31 additionally contains the two leaf springs 33 and 34 , which are screwed to the parts 30 and 31 . As can be clearly seen in FIG. 7, the leaf springs 33 engage the surfaces of the counterweight 31 which point in the circumferential direction. You can only spring in the plane of FIG. 7, so that they essentially only allow movements of the counterweight 31 in the circumferential direction around the shaft axis 35 , but largely prevent radial movements of the counterweight 31 .

In dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zur Entkopplung des Teils 40 des Gegengewichts von der eigentlichen Welle 41 eine viskose Flüssigkeitsschicht 42, beispielsweise ein Öl. Zu diesem Zweck ist an der ei gentlichen Welle 41 die Aufnahmekammer 43 durch zusätzliche Teile 44 und 45 ge bildet, die bei 46 an die eigentliche Welle 41 angeschraubt sind.In the exemplary embodiment of the invention shown in FIGS. 8 and 9, a viscous liquid layer 42 , for example an oil, is used to decouple the part 40 of the counterweight from the actual shaft 41 . For this purpose, the receiving chamber is formed ge by additional portions 44 and 45, 43 on the egg tual shaft 41 which are bolted to the actual shaft 41 at 46th

In allen Ausführungsbeispielen ist die Tatsache ausgenutzt, daß derartige Zwischen schichten in Schubrichtung größere Relativbewegungen als in Druckrichtung zulassen. In all exemplary embodiments, the fact is used that such intermediate layers in the thrust direction allow greater relative movements than in the pressure direction.

Dadurch wird die gewünschte Entkopplung in Umfangsrichtung erreicht, ohne daß in nennenswertem Umfang auch eine Entkopplung des Gegengewichts in radialen Rich tungen in Kauf genommen werden muß.This achieves the desired decoupling in the circumferential direction without significant decoupling of the counterweight in the radial direction must be accepted.

Demgemäß ist mit der Erfindung eine Möglichkeit zur Bekämpfung vom Massenkräf ten erster Ordnung geschaffen, die mit geringem zusätzlichen Aufwand, insbesondere ohne zusätzlichen Platzbedarf, eine störende Verlagerung der Torsionsresonanzfre quenz vermeidet.Accordingly, with the invention is a way to combat mass power ten first order created with little additional effort, in particular without additional space requirement, a disturbing shift of the torsional resonance-free quenz avoids.

Claims

1. Shaft, in particular crankshaft, with at least one counterweight held on the actual shaft to compensate for first order inertial forces, at least part of the counterweight being kept movable to a limited extent, characterized in that the holder has at least one circular arc around the axis ( 3 ) of the shaft ( 1 ) extending intermediate layer ( 6 ) of material largely decoupling in the circumferential direction of the shaft ( 1 ), while the holder is essentially rigid in radial directions with respect to the axis ( 3 ) of the shaft ( 1 ).

2. Shaft according to claim 1, characterized in that the intermediate layer is a Ela stomer layer ( 6 ).

3. Shaft according to claim 2, characterized in that the holder contains an arc-shaped profile rail ( 2 ) on one of the parts to be connected ( 1 ) and a counter profile ( 8 ) extending thereon on the other of the parts to be connected ( 7 ), the at least one intermediate layer ( 6 ) being arranged between the profiles ( 2 , 8 ) so as to withstand shear.

4. Shaft according to claim 2, characterized in that the holder contains arcuate web-like, radially engaging extensions ( 13 , 14 ) to be connected to the parts ( 10 , 11 ), the at least one intermediate layer ( 15 ) being able to withstand stress between the Extensions ( 13 , 14 ) is arranged.

5. Shaft according to claim 2, characterized in that the holder on the wesentli Chen shaft ( 20 ) contains an arcuate receptacle ( 23 ) for the part ( 24 ) of the counterweight, the at least one intermediate layer ( 25 , 26 ) shear stress bar is arranged between surfaces of the receptacle ( 23 ) and counterweight ( 24 ).

6. Shaft according to claim 2, characterized in that the holder further in the direction of radial movements of the part ( 31 ) of the counterweight essentially rigid, but in the direction of circumferential movements of the same substantially resilient elements ( 33 , 34 ).

7. Shaft according to claim 6, characterized in that the elements are leaf springs ( 33 , 34 ) which engage on the transverse sides of the part ( 31 ) of the counterweight.

8. Shaft according to claim 1, characterized in that the holder contains an arcuate chamber ( 43 ) which receives the part ( 40 ) of the counterweight in a viscous liquid ( 42 ) floating.